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1、溶膠-凝膠技術(shù)原理及其應(yīng)用主講：黃劍鋒ThemechanismandapplicationofSol-Geltechnique2003.9陜科大1.溶膠—凝膠技術(shù)的發(fā)展2.溶膠一凝膠技術(shù)的特點3.溶膠一凝膠法原料及合成4.溶膠一凝膠制備體積材料6.溶膠一凝膠制備薄膜材料5.溶膠一凝膠制備纖維7.溶膠一凝膠的特殊過程及應(yīng)用1.溶膠—凝膠技術(shù)的發(fā)展1.1定義溶膠—凝膠技術(shù)是一種由金屬有機化臺物、金屬天機化合物或上述兩者混合物經(jīng)過水解縮聚過程，逐漸凝膠化及相應(yīng)的后處理，而獲得氧化物或其它化合物的新工藝。溶膠一凝膠法起源于十八世紀(jì)，但由于干燥時間太長而沒有引起人
2、們的興趣．七十年代初德國科學(xué)家報道了通過金屬醉鹽水解得到溶膠，經(jīng)過凝膠化得到多組分的凝膠，引起了材料科學(xué)界的極大興趣．這被認(rèn)為是溶膠—凝膠技術(shù)的真正開端．現(xiàn)代溶膠—凝膠技術(shù)的發(fā)展在于，得到凝膠材樹干燥時間是以天來計算，而不象從前那樣以年計算。1.2溶膠一凝膠法起源1.3.1早期：制備二氧化硅粉末1.3溶膠一凝膠法的最初研究情況研究結(jié)果：對球形的二氧化硅粉末有影響的主要工藝因素1）反應(yīng)開始時的水量2）硅的醇鹽的種類(甲基、乙基、戊基、酪基等)3）醇(甲基、乙基、丁基、戊基)混合使用．4）反應(yīng)溫度Metijevic及合作者通過這種方法制得一系列控制了顆粒大小
3、和形貌的膠體顆粒，包括：氧化物:TiO2，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)e3O4，BaTi03，CeO2氫氧化物:A1OOH，F(xiàn)eOOH，Cr(OH)3碳酸鹽:Cd(OH)CO3,CeO(CO3)2，Ce/YHCO3硫化物:CdS，ZnS金屬:Fe，Ni，Co各種混合相或混合復(fù)合物:Ni,Co,Sr亞鐵鹽)，硫化物(Zn,Cd)S，徐層粒子Fe3O4與A1OOH，或者Cr(OH)3研究實例1.3.2中期：制備各種納米級的粉末方法：通過控制酵鹽的水解主要研究的納米粉末有：TiO2,摻雜的TiO2ZrO2,摻雜穩(wěn)定的氧化鋯(Ba,Sr)Ti03堇青石粉末1.3.3發(fā)展期：制
4、備各種薄膜及涂層Dislich等人采用這種方法制備ITO抗反射膜和相關(guān)的復(fù)合物，用于改善玻璃的絕緣性質(zhì)。M．Gratzel等人用這種方法制備出染料敏化Ti02薄膜，使敏化太陽能電他的研究取得了重大的進展．存在的最大問題：凝膠的干燥開裂開裂愈合1.3.4目前的各種新發(fā)展2）無機復(fù)合體積材料：復(fù)相功能微晶玻璃1）納米晶體：amorphoustocrystalline（l）金屬單質(zhì)類復(fù)相微晶玻璃如金屬單質(zhì)Au,Ag等在SiO2玻璃中均勻析出形成的具有復(fù)相結(jié)構(gòu)的材料，這類材料具有獨特的光學(xué)性能和十導(dǎo)體特性，其在壓敏、氣敏等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用。（2）氧化物半導(dǎo)
5、體類復(fù)相微晶玻璃以氧化物十導(dǎo)體如ZnO，CdO，F(xiàn)eO等過渡金屬氧化物與玻璃復(fù)合而形成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，通常具有良好的電性能，這類材料在電壓敏等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。（3）化合物半導(dǎo)體類復(fù)相微晶玻璃以CdS，PbS，CdTe，Zn1-xCdxS，CdxHgxTe等11－IV族化合物，以及AlP等Ill－V族化合物半導(dǎo)體與玻璃復(fù)合，形成的一類新型精細(xì)復(fù)合功能材料、這些材料在非線性光學(xué)、光致發(fā)光、場致發(fā)光等領(lǐng)域具有優(yōu)良的性能和良好的應(yīng)用前景。（4）鐵電體類復(fù)相微晶玻璃以PZT等高介電常數(shù)的鐵電相與玻璃相復(fù)合，形成具有鐵電性能的復(fù)合功能材料，這些材料具有良好的介電
6、頻率和介電溫度特性，它對研究鐵電體的尺寸效應(yīng)，對制備高性能電介質(zhì)材料和厚膜漿料等方面具有重要的理論和實用價值。（5）鐵氧體類復(fù)相微晶玻璃將MnFe2O4，NiFe2O4，ZnFe2O4，BiFeO3等鐵磁相和玻璃相復(fù)合，形成具有鐵磁性的功能材料，其在磁光控制、吸波材料、微波器件等方面具有重要的應(yīng)用前景。（6）其它類復(fù)相微晶玻璃將光變色晶相與玻璃復(fù)合形成的光致變色復(fù)相微晶玻璃，甚至將光變色染料、激光染料等有機功能相與玻璃相復(fù)合，形成性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料；將有生物活性的功能晶相與玻璃相復(fù)合甚至將生物酶與玻璃相復(fù)合形成生物復(fù)相微晶玻璃使無機界與生物界聯(lián)系起
7、來，有可能開辟一個全新的新材料領(lǐng)域。復(fù)相玻璃陶瓷的溶膠凝膠制備方法1）原位析晶法2）通過外界擴散引入反應(yīng)析晶法利用凝膠結(jié)構(gòu)的多孔性，將外界組分在一定條件下引入孔內(nèi)與凝膠中活性組元反應(yīng)。3）液相包覆法該方法是將制備好的功能相微粉用可形成玻璃相的先體溶膠進行包覆，然后進行陶瓷工藝的制備過程，從而獲得復(fù)相微晶玻璃結(jié)構(gòu)。這種方法克服了傳統(tǒng)的玻璃粉和陶瓷粉機械混合法的缺陷，在原位析晶法不易得到純凈晶相時，仍有一定的優(yōu)勢。其缺點是制備陶瓷微粉尤其是納米微粉較困難。3）有機—無機復(fù)合材料：雜化材料（l）直接將可溶性聚合物嵌入到無機網(wǎng)絡(luò)中這是用Sol-Gel制備聚合物／
8、無機物納米復(fù)合材料最直接的方法。（2）嵌入的聚合物與無機網(wǎng)絡(luò)有共價鍵作用在制備1
